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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung.
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4 ist
ein Blockdiagramm einer in dem
japanischen
Patent Nr. 3 154 665 beschriebenen elektrischen Servolenkung
100.
In der Zeichnung regelt ein Controller oder sogenannter Regler
101 einen Lenkhilfsmotor
M anhand eines Fahrzeuggeschwindigkeitsausgangs eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors
und einem Lenkmomentausgang eines Momentensensors.
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In
den Zeichnungen bezeichnet die Bezugsziffer 102 eine H-Brückenschaltung.
Die H-Brückenschaltung 102 wird durch eine FET-Treiberschaltung 103 angesteuert.
Die FET-Treiberschaltung 103 unterliegt einer PWM-(Pulse
Width Modulation) oder sogenannter. Pulsweitenmodulations-Regelung
durch den Regler 101 auf Basis eines PWM-Signals.
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Der
Regler 101 erhält eine Differenz zwischen einem
mit der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkmoment verknüpften
Stromsollwert und einem tatsächlich durch den Lenkhilfsmotor
M fließenden Iststrom. Der Regler führt dann die
PWM-Regelung in Bezug auf die FET-Treiberschaltung 103 auf Basis
dieser Differenz aus.
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Der
tatsächlich durch den Lenkhilfsmotor M fließende
Iststrom wird durch Detektieren einer Spannung über einen
Motorstromdetektionswiderstand 104 erhalten.
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Die
Spannung über den Motorstromdetektionswiderstand 104 wird
an eine Sample-Hold- oder sogenannte Abtast- und Halteschaltung 105 gespeist und
als eine Spannung über einen Kondensator C1 der Sample-Hold-Schaltung 105 angelegt.
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Die
an den Kondensator C1 gelegte Spannung ist als eine Spannung an
den Eingangsanschlüssen eines Operationsverstärkers 106 der
Eingang des Operationsverstärkers 106. Die Spannung wird
im Operationsverstärker 106 verstärkt.
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Ein
Ausgang des Operationsverstärkers 106 wird an
eine Basis eines pnp-Transistors Q10 gespeist, um den Transistor
Q10 einzuschalten, was den Fluss eines Kollektorstroms bewirkt.
Der Kollektorstrom fließt durch einen Kollektorwiderstand
R14 und wird in eine Spannung umgewandelt, welche in den Regler 101 eingelesen
wird. Da der Kollektorstrom im pnp-Transistor Q10 mit einer Amplitude
der Spannung über den Motorstromdetektionswiderstand 104 verknüpft
ist, kann der Regler 101 eine Amplitude des tatsächlich
durch den Lenkhilfsmotor M fließenden Iststroms auf Basis
der Amplitude des Kollektorstroms erhalten.
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Diese
herkömmliche elektrische Servolenkung 100 weist
jedoch die folgenden Nachteile auf. Da der Operationsverstärker
im Allgemeinen eine Offset-Spannung hat, wenn ein durch den Motorstromdetektionswiderstand 104 fließender
Strom gering ist, kann der Strom aufgrund des Einflusses der Offset-Spannung
nicht detektiert werden. Deshalb besteht bei der elektrischen Servolenkung 100 ein Problem
darin, dass keine genaue Hilfsregelung durchgeführt werden
kann.
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Die
veröffentlichte
japanische
Patentanmeldung Nr. 1992-251596 offenbart eine andere elektrische
Servolenkung, bei der ein Einfluss einer Offset-Spannung eliminiert
wird.
5 beschreibt die in diesem Dokument beschriebene
Vorrichtung. Eine an einem Shuntwiderstand Rs abfallende Spannung wir
durch eine Differenzschaltung
51 detektiert. Eine vorgegebene
Spannung Vr wird an einen nicht-invertierenden (positiven) Eingangsanschluss
der Differenzschaltung
51 gelegt. Die durch die Differenzschaltung
51 detektierte
Spannung wird an einen invertierenden (negativen) Eingangsanschluss
eines Komparators
53 gelegt. Der Komparator
53 führt
eine Halbwellengleichrichtung durch. Ein Verbindungspunkt zwischen
dem Shuntwiderstand Rs und einer Batterie
48 ist mit einem
nicht-invertierenden Eingangsanschluss einer Differenzschaltung
52 verbunden.
Die vorgegebene Spannung Vr wird auch auf den nicht-invertierenden
Eingangsanschluss dieser Differenzschaltung
52 gelegt.
Die Differenzschaltung
52 kompensiert eine durch die Differenzschaltung
51 und
den Komparator
53 erzeugte Offset-Spannung.
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Bei
der in der veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 1992-251596 beschriebenen Vorrichtung,
welche als solche zum Kompensieren der Offset-Spannung ausgelegt
ist, besteht jedoch ein Problem darin, dass der Schaltungsaufbau
kompliziert und die Auswahl seiner entsprechenden Elemente mühsam
ist. Es wird deshalb eine Vorrichtung gewünscht, die einfach
und genau eine Hilfsregelung durch Einführen einer Kompensation
der Offset-Spannung bei gleichzeitig einfacher Struktur ermöglicht.
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Eine
andere elektrische Servolenkung ist in der veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung Nr.
2002-46630 beschrieben.
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In
der in diesem Dokument offenbarten elektrischen Servolenkung wird
ein durch einen Motorstromdetektionswiderstand fließender
Stromwert in einer Spitzenwerthalteschaltung (Peak Hold Circuit) gehalten
und dann an einen Regler weitergeleitet.
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6 zeigt
die in der veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-46630 beschriebene
Spitzenwerthalteschaltung
60. Diese Spitzenwerthalteschaltung
60 enthält
eine erste Spitzenwerthalteschaltung
61 und eine zweite
Spitzenwerthalteschaltung
62. Es wird nun die Funktionsweise
der ersten Spitzenwerthalteschaltung
61 beschrieben. Wenn
ein Motorstrom durch einen Motorstromdetektionswiderstand
56 fließt,
wird ein Potential an einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss
eines Komparators
61a (ein Potential an einem Punkt U)
erhöht. Wenn dieses Potential an dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss
des Komparators
61a größer ist als das
Potential an einem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators
61a,
wird der Komparator
61a eingeschaltet und eine Diode
61c wird
eingeschaltet. Als Folge fließt ein Strom durch einen Kondensator
61f über
einen Widerstand
61g und die Diode
61c, und der
Kondensator
61f wird geladen. Auf Basis dieser Ladung,
wenn das Potential an dem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators
61a höher
wird als das Potential an dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss
des Komparators
61a, wird der Komparator
61a ausgeschaltet
und die Diode
61c ausgeschaltet, so dass das Laden des
Kondensators
61f gestoppt wird, und die Entladung des Kondensators
61f über
die Widerstände
61d und
61e ausgeführt
wird. Ein Operationsverstärker
61b wandelt ein
Potential VP1 an einem Punkt P1 in eine niedrige Impedanz um und
gibt diese Impedanz an einen Kanal CH1 eines ADC
43 aus.
Entsprechende Werte der Elemente in der ersten Spitzenwerthalteschaltung
61,
beispielsweise Widerstandswerte R1 und R2 oder eine Kapazität
des Kondensators
61f werden derart ausgewählt,
dass ein Maximalwert einer analogen Spannung VP1 (die analoge Spannung VP1,
wenn ein Motorstrom den maximal regelbaren Wert hat) gleich dem
maximalen Wert einer Spannung wird, welche durch den ADC
43 analog-digital-gewandelt
werden kann.
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Die
in der veröffentlichten
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2002-46630 beschriebene Erfindung weist
das folgende Problem auf.
7(a) zeigt die
Wellenform eines PWM-Signals.
7(b) stellt eine
in dem Motorstromdetektionswiderstand
56 erzeugte Spannung
dar. Darüber hinaus, wie in
7(b) gezeigt,
wird eine Zeitkonstante auf Basis der Kapazität des Kondensators
61f und
der Widerstandswerte R1 und R2 der Widerstände
61d und
61e bestimmt
und in Bezug auf den Kondensator
61f so gesetzt, dass die
gleiche Spannung wie die im Motorstromdetektionswiderstand
56 erzeugte
Spannung erzeugt werden kann. Wenn die Zeitkonstante jedoch zu groß ist,
benötigt die Entladung der Spannung des Kondensators
61f sehr
lange, und hierdurch wird eine in dem Motorstromdetektionswiderstand
56 in Synchronisation
mit dem nächsten PWM-Signal erzeugte Spannung hinzuaddiert,
bevor die Spannung des Kondensators
61f vollständig
entladen ist. Hierdurch wird die Spannung in dem Kondensator
61f eine
höhere Spannung als die aktuell in dem Motorstromdetektionswiderstand
56 erzeugte
Spannung, so dass vorliegend das Problem besteht, dass der Motorstrom
nicht genau detektiert werden kann.
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Wenn
die Zeitkonstante zu klein ist, kann der Kondensator 61f die
Spannung nicht für eine feste Zeit halten und entlädt
die Spannung schnell. Als Folge wird die Spannung des Kondensators 61f entladen,
bevor der Regler die Spannung in dem Kondensator 61f zuverlässig
erfassen kann, so dass hier ein Problem darin besteht, dass der
Regler keine genaue Hilfsregelung durchführen kann.
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Dies
bedeutet, dass bei der in der veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-46630 offenbarten
Erfindung, wenn die genaue Hilfsregelung durchgeführt wird,
ein Problem auftritt, nämlich, dass die Anpassung der Zeitkonstante,
welche auf Basis des Kondensators
61f und der Widerstandswerte
R1 und R2 der Entladewiderstände
61d und
61e bestimmt
wird, kompliziert ist.
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In
Anbetracht der Probleme bei den herkömmlichen Technologien
ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische
Servolenkung bereitzustellen, die eine einfache Struktur hat und
eine hochgenaue Detektion eines tatsächlich durch einen
Lenkmotor fließenden Iststromwerts ermöglicht,
um eine genaue Hilfsregelung ausführen zu können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung. Ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel der Erfindung kann einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
enthalten, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit detektiert, einen Momentensensor,
der ein Lenkmoment einer Lenkvorrichtung bzw. Lenkelements wie beispielsweise
eines Lenkrads detektiert, einen Lenkhilfsmotor für die
Lenkvorrichtung, einen Motorstromdetektor, der einen Wert eines
tatsächlich durch den Motor fließenden Motoriststroms
detektiert, und einen Controller oder sogenannten Regler, der eine Differenz
zwischen einem auf Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkmoments
berechneten Stromsollwerts und dem durch den Motor fließenden Motoristwert
erhält, um eine PWM-Regelung bezüglich des Betriebs
des Motors durchzuführen. Eine den Wert des durch den Motorstromdetektor
detektierten Motorstroms haltende Motorstromhaltesektion kann enthalten
sein, mit einem zwischen dem Motorstromdetektor und der Motorstromhaltesektion
angeordneten Schaltvorrichtung. Der Regler kann den durch den Motorstromdetektor
detektierten Motorstromwert zu einem Abtaststartzeitpunkt abtasten,
um die Schaltvorrichtung zum Starten des Haltens in der Motorstromhaltesektion
einzuschalten, und den in der Motorstromhaltesektion gehaltenen
Motorstromwert zu einem Haltezeitpunkt zum Ausschalten der Schaltvorrichtung
auslesen. Schlussendlich können der Abtaststartzeitpunkt
und der Haltezeitpunkt variabel sein.
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Der
Regler kann den Abtastzeitpunkt und den Haltezeitpunkt ohne Einschränkung
durch Regeln des Öffnens und Schließens der Schaltvorrichtung
in Überreinstimmung mit, z. B., einer Amplitude einer Pulsweite
eines PWM-Signals ändern, wodurch einen genaue Hilfsregelung
ausgeführt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Beispiels einer elektrischen Servolenkung
nach einer Ausführung der Erfindung;
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2(A)–2(K) sind
Ansichten, die die Beziehung zwischen einem PWM-Signal, einem Motorstrom,
einer Spannung über einen Motorstromdetektionswiderstand,
und einem Abtastsignal entsprechend unterschiedlicher spezieller
Ausführungsbeispiele zeigen;
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3 ist
ein Diagramm, das Eigenschaften eines in dem Ausführungsbeispiel
verwendeten Operationsverstärkers zeigt;
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4 ist
ein Blockdiagramm einer elektrischen Servolenkung in einer herkömmlichen
Vorrichtung;
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5 ist
ein Blockdiagramm einer elektrischen Servolenkung in herkömmlicher
Technologie;
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6 ist
ein Blockdiagramm einer elektrischen Servolenkung in einer herkömmlichen
Vorrichtung; und
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7 ist eine Ansicht, die eine Wellenform eines
PWM-Signals (7a) und eine Wellenform einer
in einem Motorstromdetektionswiderstand erzeugte Spannung (7b)
bei einer herkömmlichen elektrischen Servolenkung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungen
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1 bis 3 beschreiben
Ausführungen der vorliegenden Erfindung. In 1 bezeichnet
eine Bezugsziffer 1 eine Motorschaltung. Die Motorschaltung 1 wird
durch Brückenverbindung von 4 Schaltelementen S1 bis S4
gebildet. Jedes dieser Schaltelemente enthält z. B. einen
FET. Die Motorschaltung 1 enthält zwei der Schaltelemente
S1 und S2 auf einer Hochseite, die anderen beiden Schaltelemente
S3 und S4 auf einer Niederseite, und einen Lenkhilfsmotor M zwischen
den zwei Schaltelementen S1 und S2 auf der Hochseite und den zwei
Schaltelementen S3 und S4 auf der Niederseite.
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Die
Motorschaltung 1 ist über einen Motorstromdetektionswiderstand
R6 mit einer Motorleistungsversorgung 2 verbunden. Der
Motorstromdetektionswiderstand R6 enthält einen Motorstromdetektor.
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Die
vier Schaltelemente S1 bis S4 in der Motorschaltung 1 sind
zum Empfangen von Leistung mit einer Verstärkungsleistungsversorgung
S verbunden und werden durch eine Motorschaltungstreibersektion 3 geregelt.
Die Motorschaltungstreibersektion 3 wird durch den Regler 4 geregelt,
um in Bezug auf die Schaltelemente in der Motorschaltung 1 eine PWM-Regelung
auf Basis eines PWM-Signals durchzuführen. Der Regler 4 umfasst
z. B. einen Mikrocomputer. Zusätzlich bilden die Schaltelemente
S1 und S4 bzw. S2 und S3 in Diagonalrichtung korrespondierende Paare.
Darüber hinaus ist die Verstärkungsleistungsversorgung
S mit der Motorleistungsversorgung 2 verbunden, um eine
Spannung in der Motorleistungsversorgung 2 zu verstärken
bzw. zu erhöhen.
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Der
Regler 4 berechnet auf Basis eines Fahrzeuggeschwindigkeitsausgangs
von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 5 und einem Lenkmomentausgang
von einem Momentensensor 6 einen Stromsollwert. Der Regler 4 erhält
eine Differenz zwischen dem Stromsollwert und einem durch den Lenkhilfsmotor
M fließenden Stromistwert und führt auf Basis
dieser Differenz eine PWM-Regelung in Bezug auf die Motorschaltung 1 durch.
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Eine
Motorstromhaltesektion 7 und eine Motorstromausgangssektion 8 sind
zwischen dem Motorstromdetektionswiderstand R6 und dem Regler 4 vorgesehen.
Ein Wert des Motorstromdetektionswiderstands R6 wird über
die Motorstromhaltesektion 7 und die Motorstromausgangssektion 8 in
den Regler 4 gelesen.
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Eine
Schaltvorrichtung 9 ist zwischen dem Motorstromdetektionswiderstand
R6 und der Motorstromhaltesektion 7 vorgesehen. Die Schaltvorrichtung 9 wird
zum Ein- und Ausschalten durch einen Schaltreglers 10 geregelt.
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Die
Motorstromhaltesektion 7 enthält einen Kondensator
C1 und einen Entladewiderstand R4, welche parallel zum Motorstromdetektionswiderstand
R7 geschaltet sind. Eine erste Referenzleitung X1 und eine zweite
Referenzleitung X2 werden an jeweiligen Enden des Motorstromdetektionswiderstands
R6 vorgesehen. Der Kondensator C1 und der Entladewiderstand R4 sind
zwischen der ersten Referenzleitung X1 und der zweiten Referenzleitung
X2 angeordnet. Die erste Referenzleitung X1 ist mit einer positiven
Seite der Motorleistungsvorsorgung 2 verbunden und hat
somit ein festes Potential.
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Die
Motorstromausgangssektion 8 enthält einen Operationsverstärker 11 und
einen Transistor Q5 auf der Ausgangsseite des Operationsverstärkers 11. Ein
invertierender (negativer) Anschluss des Operationsverstärkers 11 ist
mit der ersten Referenzleitung X1 verbunden, während ein
nicht-invertierender (positiver) Eingang des Operationsverstärkers
mit einer zweiten Referenzleitung X2 verbunden ist. Ein Ausgang
des Operationsverstärkers 11 ist über
einen Widerstand R7 mit der Basis des Transistors Q5 verbunden.
Ein Emitterwiderstand R8 ist mit einer Emitterseite des Transistors
Q5 verbunden, und eine Kollektorseite des Transistors Q5 ist mit
der ersten Referenzleitung X1 verbunden.
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Ein
durch die Emitterseite des Transistors Q5 fließender Strom
wird durch den Emitterwiderstand R8 in eine Spannung umgewandelt
und über einen Widerstand R9 und einen Kondensator C4 an einen
AD-Anschluss des Reglers 4 eingegeben.
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Eine
Offset-Schaltung 12 ist mit der ersten Referenzleitung
X1 verbunden. Die Offset-Schaltung 12 enthält
die Verstärkungsleistungsversorgung S, einen ersten Widerstand
R1, der mit einer negativen Seite mit einer positiven Seite der
Verstärkungsleistungsversorgung Z verbunden ist, eine Zenerdiode ZD,
die mit einer Kathodenseite mit der anderen Seite des ersten Widerstands
R1 verbunden ist und deren Anodenseite mit einer positiven Seite
der Motorleistungsversorgung 2 verbunden ist, und einen
zweiten Widerstand R2 zwischen der Kathodenseite der Zenerdiode
ZD und der ersten Referenzleitung X1.
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Die
Schaltvorrichtung 9 ist an der zweiten Referenzleitung
X2 vorgesehen. Die Schaltvorrichtung 9 kann beispielsweise
ein n-Kanal-MOSFET sein. Falls die Schaltvorrichtung 9 aus
einem n-Kanal-MOSFET gebildet ist, kann die Schaltvorrichtung 9 eingeschaltet
werden, wenn eine High-Spannung an eine Gate-Seite der Schaltvorrichtung 9 gelegt wird,
und ausgeschaltet werden, wenn eine Low-Spannung an das Gate der
Schaltvorrichtung 9 gelegt wird.
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Die
Schaltvorrichtungssektion 10 kann einen npn-Transistor
in Emitterschaltung (grounded emitter) enthalten. Eine Basisseite
dieses Transistors ist über einen Widerstand R11 mit einem
Eingangsanschluss PO0 des Reglers 4 verbunden und über
einen Widerstand R12 auf Masse gelegt bzw. geerdet. Eine Kollektorseite
dieses Transistors ist über einen Widerstand R10 mit einer
positiven Seite der Verstärkungsleistungsversorgung S und
auch mit einer Gate-Seite des die Schaltvorrichtung 9 bildenden MOSFET
verbunden. Ein Abtastsignal P wird vom Regler 4 an eine
Basisseite der Schaltregelungssektion 10 ausgegeben.
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Die
elektrische Servolenkung entsprechend dieses Ausführungsbeispiels
führt die PWM-Regelung in Bezug nur auf die Schaltelemente
S1 und S2 durch. Wenn der Regler 4 die Schaltelemente S1
und S2 der Motorschaltung ein- und ausschaltet, wird der Lenkhilfsmotor
M einer auf Basis eines PWM-Signals durchgeführten PWM-Regelung
unterzogen. Wenn das Schaltelement S1 eingeschaltet wird, wie beispielsweise
in 1 gezeigt, fließt beispielsweise ein Strom
K durch die Motorschaltung 1. Wenn der Strom K durch die
Motorschaltung 1 auf diese Weise fließt, fließt
ein Motorstrom durch den Motorstromdetektionswiderstand 6,
und eine Spannung V1 wird zwischen der ersten Referenzleitung X1
und der zweiten Referenzleitung X2 erzeugt.
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Andererseits,
wenn das Schaltelement S1 ausgeschaltet wird, wird die Spannung
zwischen der ersten Referenzleitung X1 und der zweiten Referenzleitung
X2 nicht erzeugt, da der Strom nicht durch den Motorstromdetektionswiderstand
R6 fließt. In diesem Fall zirkuliert ein im Lenkhilfsmotor
M erzeugter Rückstrom in einem vom Lenkhilfsmotor M ausgehenden
und über die Dioden des Schaltelements S4 und des Schaltelements
S3 zurück zum Lenkhilfsmotor M führenden Pfad
und verlöscht dann.
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Wenn
das Schaltelement S2 eingeschaltet wird, fließt der Strom
durch die Motorschaltung 1, dann fließt der Motorstrom
durch den Motorstromdetektionswiderstand 6, und zwischen
der ersten Referenzleitung X1 und der zweiten Referenzleitung X2 wird
die Spannung V1 erzeugt. Wenn das Schaltelement S2 ausgeschaltet
wird, wird keine Spannung zwischen der ersten Referenzleitung X1
und der zweiten Referenzleitung X2 erzeugt, da der Strom nicht durch
den Motorstromdetektionswiderstand R6 fließt. In diesem
Fall zirkuliert der im Lenkhilfsmotor M erzeugte Rückstrom
in einem vom Lenkhilfsmotor M ausgehenden und über die
Dioden des Schaltelements S3 und des Schaltelements S4 zurück
zum Lenkhilfsmotor M führenden Pfad und verlöscht dann.
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Wenn
das Abtastsignal P vom Regler 4 in Synchronisation mit
den eingeschalteten Schaltelementen S1 oder S2 an die Schaltregelungssektion 10 gespeist
und die Schaltregelungssektion 10 hierdurch eingeschaltet
wird, wird eine High-Spannung an den FET der Schaltvorrichtung 9 zum
Einschalten der Schaltvorrichtung gelegt. Als Folge wird eine Spannung über
den Kondensator C1 die Spannung V1 zwischen der ersten Referenzleitung
X1 und der zweiten Referenzleitung X2.
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Die
Spannung V1 des Kondensators C1 wird an einen Teil der Schaltung
zwischen den Eingangsanschlüssen des Operationsverstärkers 11 angelegt. In
diesem Fall fließt ein Strom so, dass ein imaginärer Kurzschluss
im Operationsverstärker 11 auftritt. Dieser Strom
fließt durch die Kollektorseite des Transistors Q5 wie
durch den Pfeil in 1 angedeutet, um ein Emitterstrom
zu werden, und eine Spannung V2 wird am Emitterwiderstand R8 erzeugt.
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Diese
Spannung V2 wird von dem Anschluss AD des Reglers 4 in
den Regler 4 eingelesen. Diese Spannung V2 ist mit der
Spannung V1 an beiden Enden des Motorstromdetektionswiderstands
R6 verknüpft. Die Detektion eines Ansteigens oder Abfallens
dieser Spannung V2 ermöglicht die Detektion eines Ansteigens
oder Abfallens der Spannung V1.
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Eine
Spannung des Kondensators C1 kann zeitlich passend von dem Regler 4 gelesen
werden.
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Zuerst
werden anhand der 2(A)–2(K) Beschreibungen der Beziehungen zwischen einer
Dreieckswelle (in 2(A) gezeigt), die eine Basis
für die Formung einer Pulswelle des für die PWM-Regelung
verwendeten PWM-Signals ist, Zeitpunkte des Ansteigens und Fallens
des PWM-Signals (in 2(B) gezeigt),
eine Wellenform des Motorstroms (in 2(C) gezeigt),
die Spannung an beiden Enden des Motorstromdetektionswiderstands
(in 2(D) gezeigt) und des Abtastsignals
P (in 2(E) bis (K) gezeigt) angegeben.
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Die
Pulswelle des für die PWM-Regelung verwendeten PWM-Signals
(in 2(B) gezeigt) kann durch Verwendung
beispielsweise einer Begrenzungsschaltung mit einem variablen Schwellwert gebildet
werden. Die Pulswelle kann in eine Rechteckwelle umgeformt werden,
indem die in 2(A) gezeigte Dreieckswelle
an die beispielhafte Begrenzungsschaltung weitergegeben wird. 2(B) zeigt das als eine Rechteckswelle mit einer
festen Pulsweite geformte PWM-Signal, welches durch Durchlaufen der
Dreieckswelle durch die Begrenzungsschaltung mit einem Schwellwert
T1 erzeugt wurde.
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Das
Abtastsignal P ist ein Signal, das vom Regler 4 an die
Schaltregelungssektion 10 gespeist wird und welches die
Schaltvorrichtung 9 ein- und ausschaltet. Eine Pulsweite
des Abtastsignals P wird als Abtastzeit ΔT bezeichnet.
Auch wenn das Abtastsignal P im Wesentlichen eine negative Spannung hat,
wird es aus Gründen des besseren Verständnisses
so erläutert, als hätte es eine positive Spannung.
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Wenn
die Schaltregelungssektion 10 zum Einschalten der Schaltvorrichtung 9 aufgrund
eines Anstiegs des Abtastsignals P aktiviert wird, beginnt die Abtastung
der Spannung am Motorstromdetektionswiderstand R6. Der Anstieg des
Abtastsignals P entspricht einem Abtaststartzeitpunkt. Wenn die Schaltvorrichtung 9 aufgrund
eines Fallens des Abtastsignals P ausgeschaltet wird, wird die Abtastung angehalten.
Der Regler 4 liest die Spannung V1 im Kondensator C1 in
Synchronisation mit dem Fallen des Abtastsignals P aus. Ein Zeitpunkt
des Fallens des Abtastsignals korrespondiert mit einer Haltezeit H.
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Der
Regler 4 kann den Abtaststartzeitpunkt S und den Haltezeitpunkt
H ändern.
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Da
der Abtaststartzeitpunkt S und der Haltzeitpunkt H geändert
werden können, können die folgenden Effekte erreicht
werden. In der in der veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-46630 offenbarten
und in
6 erläuterten Erfindung muss die auf
Basis einer Kapazität des Kondensators und eines Widerstandswerts
des Entladungswiderstands bestimmte Zeitkonstante äußerst genau
eingestellt werden, und diese Einstellung ist kompliziert. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel hingegen kann der Regler den Abtaststartzeitpunkt
S und den Haltezeitpunkt H ohne Einschränkungen durch Regelzeiten,
zu welchen die Schaltvorrichtung ein- und ausgeschaltet wird, eingestellt
werden. Als Folge kann der Regler
4 das Abtasten eines
Motorstromwerts zu optimalen Zeitpunkt starten und den Motorstromwert
zum optimalen Zeitpunkt auslesen, wodurch eine optimale Hilfssteuerung
durchgeführt werden kann.
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Es
werden nun Fälle, in denen der Abtaststartzeitpunkt S und
der Haltezeitpunkt H verändert werden, an einer Vielzahl
von Ausführungsbeispielen erläutert.
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2(E) erläutert ein erstes Ausführungsbeispiel.
Diese Ausführungsbeispiel korrespondiert mit einem Fall,
bei dem die Abtastzeit ΔT fest ist und der Haltezeitpunkt
H mit Fallen des PWM-Signals synchronisiert ist. In diesem ersten
Ausführungsbeispiel kann ein analoger Wert in einen digitalen
Wert umgewandelt werden, selbst wenn die AD-Wandlung eine lange
Wandlungszeit benötigt, da eine Zeit zum Bereitstellen
eines in dem Motorstromdetektionswiderstands R6 detektierten Motorstromwerts
an die AD-Wandlung durch das Bereitstellen einer ausreichend langen
Abtastzeit ΔT sichergestellt werden kann. Darüberhinaus
kann die Abtastsoftware durch Festsetzen der Abtastzeit ΔT
vereinfacht werden. Zudem muss der Haltezeitpunkt H nicht unabhängig
geregelt werden, da der Abtastzeitpunkt H mit dem Fallen des PWM-Signals
synchronisiert ist, was die Implementierung vereinfacht.
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2(F) zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel.
In diesem zweiten Ausführungsbeispiel kann der Haltezeitpunkt
H unmittelbar vor das Fallen des PWM-Signals gesetzt werden. Was
den Haltezeitpunkt H in diesem Fall betrifft, kann ein Punkt N,
an dem ein Schwellwert T2, der nicht kleiner ist als der Schwellwert
T1, die Dreieckswelle schneidet, als Haltezeitpunkt H bestimmt werden.
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2(G) zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel,
bei dem der Abtaststartzeitpunkt S mit dem Anstieg des PWM-Signals
und der Haltezeitpunkt H mit dem Fallen des PWM-Signals synchronisiert
werden kann. Wenn der Abtaststartzeitpunkt S mit dem Anstieg des
PWM-Signals und der Haltezeitpunkt H mit dem Fallen des PWM-Signals
synchronisiert werden, können der Abtaststartzeitpunkt
S und der Haltezeitpunkt H einfach sichergestellt werden, ohne einen zugehörigen
Zähler oder Programmsoftware vorbereiten zu müssen.
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2(H) zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel,
in welchem das Zentrum der Abtastzeit ΔT, also das Zentrum
der Pulsweite des Abtastsignals, mit dem Zentrum der Pulsweite des
PWM-Signals übereinstimmt, und bei dem die Abtastzeit ΔT
fest ist. In diesem Fall kann, wie in 2(D) gezeigt,
ein wesentlicher Durchschnittswert der Spannung über den Motorstromdetektionswiderstand
R6, welcher geringfügig erhöht wird, wenn das
PWM-Signal eingeschaltet ist, detektiert werden, und hierdurch kann
ein wesentlicher Durchschnittswert des Motorstroms detektiert werden,
wodurch folglich eine Hilfsregelung entsprechend eines Istzustands
auf Basis dieses wesentlichen Durchschnittswerts durchgeführt
werden kann. Wenn die Abtastzeit ΔT auf eine feste Zeit
festgelegt ist, die nicht kleiner als die für die AD-Wandlung
benötigte Zeit ist, kann ein AD-Wandler verwendet werden,
der eine relativ große Umwandlungszeit hat. Darüber
hinaus kann, wenn die Abtastzeit ΔT fest ist, die zum Abtasten
benötigte Software vereinfacht werden.
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2(I) zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel,
bei dem das Abtastsignal P vor einem Zeitpunkt im Zentrum der Pulsweite
des PWM-Signals ausgegeben wird, und das Zentrum der Pulsweite des PWM-Signals
wird als Haltezeitpunkt H bestimmt. In diesem Fall, wie in 2(D) gezeigt, kann der Regler 4 einen
Durchschnittswert der Spannung über den Motorstromdetektionswiderstand
R6 detektieren, welcher geringfügig ansteigt, wenn das
PWM-Signal eingeschaltet ist, und kann hierdurch einen Durchschnittswert
des Motorstroms bestimmen, so dass folglich eine ideale Hilfsregelung
entsprechend eines Istzustands auf Basis dieses Durchschnittswerts durchgeführt
werden kann.
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Nun
wird ein sechstes Ausführungsbeispiel beschrieben. In diesem
sechsten Ausführungsbeispiel können der Abtaststartzeitpunkt
S und der Haltezeitpunkt H in Übereinstimmung mit einem
großen Strombereich und einem kleinen Strombereich geändert
werden. Im großen Strombereich, wie in 2(J) gezeigt, wird der Abtaststartzeitpunkt vor dem
Ansteigen des PWM-Signals vorgesehen, und der Haltezeitpunkt stimmt
mit dem Zentrum der Pulsweite des PWM-Signals überein.
In dem kleinen Strombereich, wie in 2(G) gezeigt,
ist der Abtaststartzeitpunkt S mit dem Ansteigen des PWM-Signals
synchronisiert, und der Haltezeitpunkt H ist mit dem Fallen des
PWM-Signals synchronisiert.
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Im
großen Strombereich, wenn der Abtaststartzeitpunkt S vor
dem Ansteigen des PWM-Signals vorgesehen ist und der Haltezeitpunkt
H mit dem Zentrum der Pulsweite des PWM-Signals übereinstimmt,
wie in 2(J) gezeigt, kann der Regler 4 einen
Durchschnittswert der Spannung über den Motorstromdetektionswiderstand
R6 detektieren, welcher geringfügig ansteigt, wenn das
PWM-Signal an ist, und kann hierdurch einen Durchschnittswerts des Motorstrom
wie in 2(D) detektieren, wodurch folglich
eine ideale Hilfsregelung entsprechend eines tatsächlichen
Zustands auf Basis dieses Durchschnittswerts durchgeführt
werden kann. Darüber hinaus kann, wenn der Abtaststartzeitpunkt
vor dem Ansteigen des PWM-Signals vorgesehen ist, die relativ lange
Abtastzeit ΔT von dem Abtaststartzeitpunkt S zum Haltezeitpunkt
H sichergestellt werden, und folglich kann ein AD-Wandler verwendet
werden, der eine relativ lange Bearbeitungszeit für die
AD-Wandlung benötigt.
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Zusätzlich
kann in dem schmalen Strombereich, wenn der Abtaststartzeitpunkt
S mit dem Ansteigen des PWM-Signals synchronisiert ist und der Haltezeitpunkt
H mit dem Fallen des PWM-Signals synchronisiert ist, wie in 2(G) gezeigt, der Regler 4 exakt den Abtaststartzeitpunkt
S mit dem Ansteigen des PWM-Signals synchronisieren und ebenso den Haltezeitpunkt
H mit dem Fallen des PWM-Signals exakt synchronisieren, um exakt
die in dem Motorstromdetektionswiderstand R6 erzeugte Spannung V1
auszulesen, selbst in dem schmalen Strombereich, in dem sich die
Pulsweite des PWM-Signals verengt, wodurch eine genaue Hilfsregelung
auf Basis der Spannung V1 durchgeführt werden kann.
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Nun
wird ein siebtes Ausführungsbeispiel erläutert.
In diesem siebten Ausführungsbeispiel kann der Abtaststartzeitpunkt
S mit dem Ansteigen des PWM-Signals und der Haltezeitpunkt H mit
dem Fallen des PWM-Signals synchronisiert werden, wie in dem breiten
Strombereich wie in 2(G) gezeigt, während
der Abtaststartzeitpunkt S vor dem Ansteigen des PWM-Signals vorgesehen
ist und der Haltezeitpunkt H mit dem Fallen des PWM-Signals in dem schmalen
Strombereich wie in 2(K) synchronisiert
ist.
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In
diesem Fall kann im großen Strombereich, wenn der Abtaststartzeitpunkt
S und der Haltezeitpunkt H mit dem Ansteigen und Fallen des PWM-Signals
synchronisiert sind, der Abtaststartzeitpunkt S und der Haltezeitpunkt
H einfach sichergestellt werden, ohne einen zugeordneten Zähler
oder Programmsoftware vorzubereiten.
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Weiter
kann in dem schmalen Strombereich, da die Abtastung durch Bereitstellen
des Abtaststartzeitpunkts S vor dem Ansteigen des PWM-Signals gestartet
werden kann, ohne hinter das Ansteigen des PWM-Signals zu fallen,
die Abtastung genau durchgeführt werden, selbst wenn eine
relative Einschaltdauer des PWM-Signals klein ist. Darüber
hinaus, wenn der Haltezeitpunkt H mit dem Fallen des PWM-Signals
synchronisiert ist, kann der Haltezeitpunkt H einfach ohne Vorbereiten
eines zugehörigen Zählers oder Programmsoftware
sichergestellt werden. Das Vorsehen des Haltezeitpunkts H in Synchronisation
mit dem Zentrum der Pulsweite des PWM-Signals ist ideal bei einer
Realisierung, bei der das Abtasten eines Durchschnittswerts des
Motorstroms am meisten bevorzugt ist, aber ein abgetasteter Wert
keine große Differenz von einem idealen Wert hat, selbst
wenn der Haltzeitpunkt H mit dem Fallen des PWM-Signals synchronisiert
ist und nicht mit dem Zentrum der Pulsweite des PWM-Signals, da die
Pulsweite des PWM-Signals in dem kleinen Strombereich sehr schmal
ist.
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Nun
wird ein achtes Ausführungsbeispiel erläutert.
In diesem achten Ausführungsbeispiel, wie in 2(G) gezeigt, ist der Abtaststartzeitpunkt S mit dem
Ansteigen des PWM-Signals synchronisiert, der Haltezeitpunkt H ist
in dem Bereich großen Stroms mit dem Fallen des PWM-Signals
synchronisiert, und die Abtastzeit ΔT ist, zusätzlich
zu den in Verbindung mit dem siebten Ausführungsbeispiel
beschriebenen Anforderungen, in dem Bereich niedrigen Stroms fest.
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In
diesem achten Ausführungsbeispiel können im Bereich
großen Stroms, wenn der Abtaststartzeitpunkt S und der
Haltezeitpunkt H mit dem Ansteigen und Fallen des PWM-Signals synchronisiert sind,
der Abtaststartzeitpunkt S und der Haltezeitpunkt H leicht sichergestellt
werden, ohne einen zugeordneten Zähler oder Programmsoftware
vorzubereiten.
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Weiter
kann in dem Bereich niedrigen Stroms, zusätzlich zu der
Funktion und dem Effekt in dem Bereich niedrigen Stroms wie im siebten
Ausführungsbeispiel beschrieben, ein analoger Wert in einen
digitalen Wert umgewandelt werden, selbst wenn ein AD-Wandler verwendet
wird, der eine lange Wandlungszeit hat, da eine zum Durchführen
der AD-Wandlung in Bezug auf einen durch den Motorstromdetektionswiderstand
R6 detektierten Motorstromwerts benötigte Zeit durch Bereitstellen
von ausreichend Abtastzeit ΔT sichergestellt werden. Darüber
hinaus kann eine Abtastsoftware durch Festsetzen der Abtastzeit ΔT
vereinfacht werden.
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Nun
wird eine Funktion der Offset-Schaltung 12 beschrieben.
Auch wenn auf der Kathodenseite der Zenerdiode XD ein festes Potential
erzeugt wird, wenn ein von der Verstärkungsleistungsversorgung S
gespeister Strom durch den ersten Widerstand R1 fließt,
wird das feste Potential durch den Zenereffekt der Zenendiode ZD
aufrechterhalten. Deshalb fließt ein fester, mit einer
Spannung zwischen dem Potential der Kathodenseite der Zenerdiode
ZD und der ersten Referenzleitung X1 verknüpfter Strom
durch den zweiten Widerstand R2. Darüber hinaus wird, wenn
dieser Strom durch den Emitterwiderstand R8 des Transistors Q5 fließt,
konstant eine auf Basis des von der Verstärkungsleistungsversorgung
S gespeisten Stroms gelieferte Spannung zu diesem Emitterwiderstand
R8 hinzuaddiert. Dieser Zustand wird nun mit Bezug zu 3 beschrieben.
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In 3 repräsentiert
die Abszisse einen Stromwert der durch den Motorstromdetektionswiderstand
R6 fließt, und die Ordinate repräsentiert eine
in dem Emitterwiderstand R8 des Transistors Q5 erzeugte Spannung.
In 3 repräsentiert die einfach strichpunktierte
Linie die Eigenschaften, wenn eine Offset-Spannung des Operationsverstärkers 11 negativ
ist, und die doppelt strichpunktierte Linie repräsentiert
die Eigenschaften, wenn die Offset-Spannung des Operationsverstärkers 11 positiv
ist, und die durchgezogene Linie repräsentiert die idealen
Eigenschaften, wenn der Operationsverstärker 11 keine
Offset-Spannung hat. In diesem Ausführungsbeispiel wird
durch Bereitstellen der Offset-Schaltung 12 die Offset-Spannung
des Operationsverstärkers absorbiert, wenn sich die Eigenschaftslinie
von einem durch die einfach strichpunktierte Linie gekennzeichneten
Zustand zu einem durch die durchgezogene Linie gekennzeichnetem
Zustand oder einem durch die doppelt strichpunktierte Linie gekennzeichneten
Zustand in 3 bewegt.
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Dies
bedeutet, dass in einem Fall bei dem die Offset-Spannung negativ
ist, wie in 3 durch die strichpunktierte
Linie gekennzeichnet, wenn ein kleiner Strom, der nicht größer
ist als ein Punkt α, bei dem die Eigenschaftslinie die
Abszisse schneidet, durch den Motorstromdetektionswiderstand R6
fließt, dieser Strom nicht detektiert werden kann. Dies
bedeutet, dass wenn der kleine Strom durch den Motorstromdetektionswiderstand
R6 fließt, dieser kleine Strom nicht detektiert werden
kann.
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In
diesem Ausführungsbeispiel ist die Offset-Schaltung 12 jedoch
mit einem Anschluss des Operationsverstärkers 11 verbunden,
und eine Spannung, die nicht kleiner als die Offset-Spannung des Operationsverstärkers 11 ist,
wird an den Emitterwiderstand R8 auf Basis eines durch die Offset-Schaltung 12 fließenden
Stroms gelegt. Dies bedeutet, wenn eine Spannung, die nicht kleiner
als die Offset-Spannung ist, an den Emitterwiderstand R8 von der
Seite der Verstärkungsleistungsversorgung S gelegt wird,
die Offset-Spannung des Operationsverstärkers 11 aufgehoben
wird, wodurch die Eigenschaften der doppelt strichpunktierten Linie
oder durchgezogenen Linie in 3 demonstriert
werden. Hierdurch, wie durch die doppelt strichpunktierten oder
durchgezogene Linie in 3 gekennzeichnet, kann, selbst
wenn ein winziger elektrischer Strom durch den Motorstromdetektionswiderstand
R6 fließt, dieser winzige elektrische Strom als Spannung über den
Emitterwiderstand R8 detektiert werden, wodurch eine hochgenaue
Hilfsregelung sichergestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 3154665 [0002]
- - JP 1992-251596 [0010, 0011]
- - JP 2002-46630 [0012, 0014, 0015, 0017, 0052]